阻抗

电阻抗是指电路对电流电压变化所产生的阻力。

阻抗的写法主要有两种。(见第2图"复杂阻抗平面")

  1. 与电阻"R"(实部)和电抗"X"(虚部),例如Z=1+1j {\displaystyle Z=1+1j}。 {\displaystyle Z=1+1j}
  2. 有一个幅度和一个相位(大小|Z | {\displaystyle \left\vert Z\right\vert }{\displaystyle \left\vert Z\right\vert }和角度θ {\displaystyle angle \theta })。{\displaystyle \angle \theta }),例如Z=1.4 45 {\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }}。{\displaystyle Z=1.4\angle 45^{\circ }}(45度时为1.4欧姆)

阻值和电阻相当相似。

在电阻的情况下,一个电阻可以抵抗任何通过它的电流。电阻越大,实现给定电流所需的电压越高。其公式为:

V = R I {\displaystyle V=R*I{\displaystyle V=R*I}} ,其中V是电压,R是电阻,I是电流。

在阻抗的情况下,电感抵抗电流的变化,电容抵抗电压的变化。

电阻和阻抗的关键区别在于一个"变"字,变化率影响阻抗。通常"变化"用频率来表示,即电流或电压每秒改变方向的次数。其计算公式为

对于电感。Z = j 2 π f L {\displaystyle Z=j2\pi fL,}。 {\displaystyle Z=j2\pi fL\,}

对于电容器。Z=1 j 2 π f C {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}。 {\displaystyle Z={\frac {1}{j2\pi fC}}}

其中Z为阻抗的符号,j为虚数-1 {\displaystyle {\sqrt {-1}}}。{\displaystyle {\sqrt {-1}}}π {\displaystyle \pi }{\displaystyle \pi }为常数pi,f为频率,L为电感,C为电容。电阻和阻抗的单位相同,欧姆的符号为Ω {\displaystyle \Omega }。{\displaystyle \Omega }(大写的Ω)。

由上面的公式可知,阻抗随频率的变化而变化,例如,在零赫兹或直流电时,电感的阻抗为零,与短路相同,而电容的阻抗为无限大,与开路相同。大多数信号都是不同频率的许多正弦波的总和(详见傅立叶变换),每一个正弦波所经历的阻抗都不同。

与电阻类似,阻抗越高,实现给定电流所需的电压越高。其计算公式为:

V = Z I {\displaystyle V=Z*I} {\displaystyle V=Z*I},其中V是电压,Z是阻抗,I是电流。

物理层面,简化了很多东西。

  • 电阻是由电子与电阻器内的原子碰撞引起的。
  • 电容器中的阻抗是由电场产生的。
  • 电感中的阻抗是由磁场的产生引起的。

电阻和阻抗有一个重要的区别,就是电阻会耗散能量,会发热,但是电感和电容会储存能量,当能量下降的时候,可以把能量还给源头。

如果信号源、电缆和负载的阻抗都不相等,那么就会有一部分信号反射回信号源,浪费功率,产生干扰。反射的比值可以用来计算。

Γ = Z L - Z S Z L + Z S {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}} {\displaystyle \Gamma ={Z_{L}-Z_{S} \over Z_{L}+Z_{S}}}其中Γ {\displaystyle \Gamma}}。{\displaystyle \Gamma }(大写的γ)为反射系数,Z S {\displaystyle Z_{S}{\displaystyle Z_{S}}}为源的阻抗,Z L {\displaystyle Z_{L}{\displaystyle Z_{L}}}为负载的阻抗。

任何能有波的介质都有波阻抗,即使是空旷的空间(光是电磁波,它可以在空间中传播)也有约377Ω{\displaystyle\Omega }的阻抗。{\displaystyle \Omega }.

Zoom

一个交流电源施加一个电压V {displaystyle {scriptstyle V}。{\displaystyle \scriptstyle V}在一个阻抗Z {displaystyle {scriptstyle Z}上。{\displaystyle \scriptstyle Z},驱动一个电流I {displaystyle scriptstyle I{\displaystyle \scriptstyle I}}

复杂阻抗平面的图形化表示Zoom
复杂阻抗平面的图形化表示

信号在阻抗变化的地方被部分反射回来。Zoom
信号在阻抗变化的地方被部分反射回来。

阶段

在一个电阻上,电压和电流同时上升和下降,它们被称为同相,但有了阻抗就不一样了,在电容中,电压比电流后移1/4波长,在电感中则是前移。

1/4波长通常用虚数"j"表示,也相当于90度的偏移。

虚数"j"的使用使数学变得简单多了,它可以像计算电阻一样计算总阻抗,比如一个电阻加一个阻抗串联就是R+Z,并联就是(R*Z)/(R+Z)。

跨越电容器(上),电压(红色)变化在电流(蓝色)之后,跨越电感(下)则在前。电压和电流的相位差为1/4波长。Zoom
跨越电容器(上),电压(红色)变化在电流(蓝色)之后,跨越电感(下)则在前。电压和电流的相位差为1/4波长。

问题和答案

问:什么是电阻抗?
答:电阻抗是指电路对电流或电压变化所产生的阻力大小。

问:电阻抗如何书写?
答:电阻抗可以用电阻 "R"(实部)和电抗 "X"(虚部)来写,也可以用幅度、相位、大小和角度来写。

问:电阻和阻抗的区别是什么?
答:电阻和阻抗的关键区别在于 "变化 "二字;换句话说,变化的速度会影响阻抗。电阻可以抵抗任何通过它的电流,而电感可以抵抗电流的变化,电容可以抵抗电压的变化。

问:与电阻和阻抗有关的一些公式是什么?
答:对于电阻,V=R*I,其中V是电压,R是电阻,I是电流;对于电感,Z=j2πfL;对于电容,Z=1/j2πfC;其中Z代表阻抗,j代表虚数-1,π代表常π,f代表频率,L代表电感,C代表电容。

问:对于电阻与阻抗,有哪些物理解释?
答:电阻是由电阻内部的电子与原子碰撞造成的,而电感的阻抗来自于产生电场,电容的阻抗来自于产生磁场。此外,电阻器会耗散能量,而电感器和电容器则会储存能量,当能量下降时可以返回到源头。

问:如何计算反射系数?
答:反射系数可以用Γ=(ZL-ZS)/(ZL+ZS)来计算,其中Γ(大写伽玛)代表反射系数;ZS代表源的阻抗;ZL代表负载的阻抗。

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3